Wirkungsgrad (Solarzellen)

Der Wirkungsgrad von Solarzellen bezeichnet das Verhältnis zwischen der eintreffenden Sonnenstrahlung und der von der Solarzelle in elektrische Energie umgewandelten Leistung. Er wird in Prozent angegeben und gibt an, wie effizient eine Solarzelle Sonnenlicht in Strom umwandeln kann. Wirkungsgrad und Nennleistung von Solarzellen werden oft im selben Atemzug genannt: Während der Wirkungsgrad die Effizienz der Umwandlung widerspiegelt, beschreibt die Nennleistung die tatsächliche Leistung, die die Zelle bei optimalen Bedingungen (wie einer Sonneneinstrahlung von 1000 W/m² und einer Temperatur von 25°C) erzeugen kann, und wird in Watt gemessen.

Der Wirkungsgrad ist ein zentraler Faktor bei der Bewertung von Solarzellen, da er direkt die Menge an erzeugtem Strom pro Flächeneinheit beeinflusst. Höhere Wirkungsgrade sind insbesondere für Anwendungen mit begrenzter Fläche, wie Hausdächer oder Fahrzeugoberflächen, von Vorteil. Zudem spielen Effizienzsteigerungen eine wesentliche Rolle für die Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit der Solarenergie, was die Forschung nach neuen Materialien und Technologien antreibt.

Faktoren, die den Wirkungsgrad beeinflussen

• Material: Das Material der Solarzelle spielt eine entscheidende Rolle für den Wirkungsgrad. Monokristalline Solarzellen haben aufgrund ihrer einheitlichen Kristallstruktur höhere Wirkungsgrade als polykristalline Zellen. Neue Materialien wie Perowskit bieten Potenzial für noch höhere Effizienzwerte.
• Temperatur: Der Wirkungsgrad sinkt mit steigender Temperatur, da höhere Temperaturen den elektrischen Widerstand in der Zelle erhöhen. Dies führt zu Leistungsverlusten.
• Verschattung und Verschmutzung: Schon geringe Verschattungen oder Ablagerungen wie Staub, Laub oder Schnee können den Wirkungsgrad erheblich reduzieren, da sie den Lichteinfall verringern.
• Alterung der Zelle: Im Laufe der Zeit nimmt die Leistungsfähigkeit von Solarzellen ab, ein Effekt, der als Degradation bezeichnet wird. Moderne Solarzellen verlieren pro Jahr etwa 0,5 bis 1 % ihrer Leistungsfähigkeit.

Typische Wirkungsgrade verschiedener Zelltypen

• Monokristalline Solarzellen: Diese Zellen erreichen Wirkungsgrade von etwa 20 bis 25 % und sind besonders für Flächen mit begrenztem Platzangebot geeignet.
• Polykristalline Solarzellen: Mit Wirkungsgraden zwischen 15 und 20 % sind sie kostengünstiger, aber etwas weniger effizient.
• Dünnschicht-Solarzellen: Diese leichten und flexiblen Zellen bieten einen Wirkungsgrad von ca. 10 bis 15 %, werden jedoch vor allem dort eingesetzt, wo Gewicht und Formbarkeit wichtiger sind als maximale Effizienz.

Mehrfachsolarzellen, wie Tandemzellen, erreichen in Laboren bereits Wirkungsgrade von über 40 %, was die Zukunft der Photovoltaik wesentlich beeinflussen könnte.